CHUYÊN ĐỀ NHIỆT ĐỘNG LỰC HÓA HỌC Ho11 1

CHUYÊN ĐỀ DUYÊN HẢI BẮC BỘ

MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ ĐỘNG HÓA HỌC HỌC VÀ BÀI TẬP
DÙNG CHO BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI

NĂM HỌC 2016-2017

1


MỤC LỤC
NỘI DUNG

Trang

PHẦN I: MỞ ĐẦU

3

I. Lí do chọn đề tài

3

II. Mục đích nghiên cứu

4

III. Nhiệm vụ

5

IV. Giả thuyết khoa học

5

V. Phương pháp nghiên cứu

5

VI. Điểm mới của đề tài

5
5

PHẦN II: NỘI DU NG
NHẮC LẠI VÀ BỔ SUNG MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ ĐỘNG HOÁ
HỌC. TỐC ĐỘ CỦA CÁC PHẢN ỨNG HỐ HỌC
Các ví dụ minh họa:

7
8

GIƠÍ THIỆU MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP ĐỘNG HÓA HỌC

15

PHẦN III: KẾT LUẬN

61

Tài liệu tham khảo

62

2


PHẦN I: MỞ ĐẦU
I. Lí do chọn đề tài
Đầu thế kỉ XXI, nền giáo dục của thế giới có những bước tiến lớn với nhiều thành tựu
về mọi mặt. Hầu hết các quốc gia nhận thức sự cần thiết và cấp bách phải đầu tư cho giáo
dục. Luật Giáo dục 2005 của nước ta đã khẳng định: “Phát triển giáo dục là quốc sách hàng
đầu nhằm nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi dưỡng nhân tài”. Như vậy, vấn đề bồi
dưỡng nhân tài nói chung, đào tạo học sinh giỏi, học sinh chuyên nói riêng đang được nhà
nước ta đầu tư hướng đến.
Trong hội nghị toàn quốc các trường THPT chuyên, nguyên Bộ trưởng Bộ GD&ĐT Nguyễn
Thiện Nhân nhấn mạnh: “Hội nghị được tổ chức nhằm tổng kết kết quả đạt được, những hạn
chế, bất cập, đồng thời đề ra mục tiêu, giải pháp nhằm xây dựng, phát triển các trường THPT
chuyên thành hệ thống các trường THPT chuyên chất lượng cao làm nhiệm vụ phát hiện, bồi
dưỡng tài năng trẻ, đáp ứng yêu cầu phát triển đất nước trong thời kỳ đổi mới và hội nhập”.
Hệ thống các trường THPT chuyên đã đóng góp quan trọng trong việc phát hiện, bồi dưỡng
học sinh năng khiếu, tạo nguồn nhân lực chất lượng cao cho đất nước, đào tạo đội ngũ học
sinh có kiến thức, có năng lực tự học, tự nghiên cứu, đạt nhiều thành tích cao góp phần quan
trọng nâng cao chất lượng và hiệu quả giáo dục phổ thơng. Tuy nhiên một trong những hạn
chế, khó khăn của hệ thống các trường THPT chuyên trong toàn quốc đang gặp phải đó là
chương trình, sách giáo khoa, tài liệu cho mơn chun cịn thiếu, chưa cập nhật và liên kết
giữa các trường. Bộ Giáo Dục và Đào tạo chưa xây dựng được chương trình chính thức cho
học sinh chuyên nên để dạy cho học sinh, giáo viên phải tự tìm tài liệu, chọn giáo trình phù
hợp, phải tự xoay sở để biên soạn, cập nhật giáo trình.
Bộ mơn Hóa học là một trong các bộ mơn khoa học cơ bản, rất quan trọng. Mỗi mảng
kiến thức đều vô cùng rộng lớn. Đặc biệt là những kiến thức giành cho học sinh chuyên hóa,

học sinh giỏi cấp khu vực, cấp Quốc Gia, Quốc tế. Trong đó động hóahọc là một trong các
nội dung rất quan trọng. Phần này thường có trong các đề thi học sinh giỏi lớp 10, 11 khu
vực; Olympic trại hè Hùng Vương hoặc Duyên Hải Bắc bộ và trong các đề thi học sinh giỏi
Quốc Gia, Quốc Tế. Tuy nhiên, trong thực tế giảng dạy ở các trường phổ thơng nói chung và
ở các trường chuyên nói riêng, việc dạy và học phần kiến thức về động hố gặp một số khó
khăn:
3


- Đã có tài liệu giáo khoa dành riêng cho học sinh chun hóa, nhưng nội dung kiến
thức lí thuyết về động hố cịn sơ sài chưa đủ để trang bị cho học sinh, chưa đáp ứng được
yêu cầu của các kì thi học sinh giỏi các cấp.
- Tài liệu tham khảo về mặt lí thuyết thường được sử dụng là các tài liệu ở bậc đại
học, cao đẳng đã được biên soạn, xuất bản từ lâu. Khi áp dụng những tài liệu này cho học
sinh phổ thông gặp rất nhiều khó khăn. Giáo viên và học sinh thường khơng đủ thời gian
nghiên cứu do đó khó xác định được nội dung chính cần tập trung là vấn đề gì.
- Trong các tài liệu giáo khoa chuyên hóa lượng bài tập rất ít, nếu chỉ làm các bài
trong đó thì HS khơng đủ “lực” để thi vì đề thi khu vực, HSGQG, Quốc Tế hằng năm
thường cho rộng và sâu hơn nhiều. Nhiều đề thi vượt quá chương trình.
- Tài liệu tham khảo phần bài tập vận dụng các kiến thức lí thuyết về động hố cũng
rất ít, chưa có sách bài tập dành riêng cho học sinh chuyên hóa về các nội dung này.
Để khắc phục điều này, tự thân mỗi GV dạy trường chuyên phải tự vận động, mất rất nhiều
thời gian và công sức bằng cách cập nhật thông tin từ mạng internet, trao đổi với đồng
nghiệp, tự nghiên cứu tài liệu…Từ đó, GV phải tự biên soạn nội dung chương trình dạy và
xây dựng hệ thống bài tập để phục vụ cho công việc giảng dạy của mình.
Xuất phát từ thực tiễn đó, là giáo viên trường chun, chúng tơi rất mong có được một
nguồn tài liệu có giá trị và phù hợp để giáo viên giảng dạy - bồi dưỡng học sinh giỏi các cấp
và cũng để cho học sinh có được tài liệu học tập, tham khảo. Trong năm học này chúng tôi
tập trung biên soạn chuyên đề : ĐỘNG HÓA HỌC
Trong thời gian tới nhờ sự quan tâm đầu tư của nhà nước, của Bộ Giáo Dục cùng với

sự nỗ lực của từng giáo viên dạy chuyên, sự giao lưu học hỏi, chia sẻ kinh nghiệm của các
trường chuyên trong khu vực và cả nước chúng tơi hi vọng sẽ có 1 bộ tài liệu phù hợp, đầy
đủ giành cho giáo viên và học sinh chuyên.
II. Mục đích nghiên cứu
Đúc rút và tổng kết kinh nghiệm trong rất nhiều năm giảng dạy đội tuyển hố học quốc gia
để từ đó hồn thành chun đề ‘MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ ĐỘNG HÓA HỌC VÀ BÀI TẬP
DÙNG CHO BỒI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI MƠN HỐ HỌC ‘ để làm tài liệu phục vụ
cho giáo viên trường chuyên giảng dạy, ôn luyện, bồi dưỡng học sinh giỏi các cấp và làm tài
liệu học tập cho học sinh chun hố. Ngồi ra cịn là tài liệu tham khảo cho giáo viên mơn
hóa học và học sinh u thích mơn hóa học nói chung.
4


III. Nhiệm vụ
1- Nghiên cứu chương trình hóa học phổ thơng nâng cao và chun hóa học, phân tích các
đề thi học sinh giỏi cấp tỉnh, khu vực, cấp quốc gia, quốc tế và đi sâu về nội dung liên quan
đến vấn đề động hoá .
2- Sưu tầm, lựa chọn trong tài liệu giáo khoa, sách bài tập cho sinh viên, trong các tài liệu
tham khảo. Các đề thi học sinh giỏi các cấp có nội dung liên quan; phân loại, xây dựng các
bài tập lí thuyết và tính tốn tổng hợp.
3- Đề xuất phương pháp xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập dùng cho việc giảng dạy, bồi
dưỡng học sinh giỏi các cấp ở trường THPT chuyên
IV. Giả thuyết khoa học
Nếu giáo viên giúp học sinh nắm vững vấn đề lí thuyết và xây dựng được hệ thống bài
tập chất lượng, đa dạng, phong phú đồng thời có phương pháp sử dụng chúng một cách thích
hợp thì sẽ nâng cao được hiệu quả quá trình dạy- học và bồi dưỡng học sinh giỏi, chuyên hóa
học.
V. Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu thực tiễn dạy học và bồi dưỡng học sinh giỏi hóa học ở trường THPT chuyên
- Nghiên cứu các tài liệu về phương pháp dạy học hóa học, các tài liệu về bồi dưỡng học

sinh giỏi, các đề thi học sinh giỏi, . . .
- Thu thập tài liệu và truy cập thông tin trên internet có liên quan đến đề tài.
- Đọc, nghiên cứu và xử lý các tài liệu.
VI. Điểm mới của chuyên đề
- Chuyên đề đã xây dựng được hệ thống hệ thống lí thuyết cơ bản có mở rộng và nâng cao
đầy đủ và hệ thống bài tập có phân loại rõ ràng các dạng câu hỏi lí thuyết, các dạng bài tập
về động hoá học để làm tài liệu phục vụ cho học sinh và giáo viên trường chuyên học tập.
giảng dạy, ơn luyện, bồi dưỡng trong các kì thi học sinh giỏi các cấp và làm tài liệu học tập
cho học sinh đặc biệt cho học sinh chuyên về động hố. Ngồi ra cịn là tài liệu tham khảo
mở rộng và nâng cao cho giáo viên mơn hóa học và học sinh u thích mơn hóa học nói
chung.
- Đề xuất phương pháp xây dựng và sử dụng có hiệu quả hệ thống bài tập hóa học.
PHẦN 2 : NỘI DUNG
5


NHẮC LẠI VÀ BỔ SUNG MỘT SỐ KIẾN THỨC VỀ ĐỘNG HOÁ HỌC
1.TỐC ĐỘ CỦA CÁC PHẢN ỨNG HOÁ HỌC
1.1. Khả năng và tơc độ của phản ứng hóa học
Phản ứng: 3H2 + N2 → 2NH3
NH3
∆fH0298 (kJ.mol-1)

-46

S0298 (J.mol-1.K-1)

192,5

H2

N2

130,7

191,6

Tính ∆G0298 của phản ứng (1).
∆G0298 = ∆H - T∆S = 2(-46) -298(2.0,1925 – 0,1916 – 3.0,1307) = -32,8 kJ
Phản ứng có khả năng tự diễn ra theo chiều tạo thành NH3.
Trong thực tế, ở 298K không nhận ra phản ứng của N2 với H2 vì tốc độ của phản ứng
quá nhỏ (cản trở động học).
1.2. Định nghĩa tốc độ phản ứng
Tốc độ của một phản ứng hóa học là biến thiên nồng độ của chất phản ứng hoặc sản phẩm
trong một đơn vị thời gian chia cho hệ số tỉ lượng của chất nghiên cứu trong phương trình
phản ứng đã cân bằng.
Tốc độ của một phản ứng đặc trưng cho khả năng xảy ra nhanh hoặc chậm của một phản ứng
ở một điều kiện nhất định.
Thứ nguyên của tốc độ phản ứng thường là nồng độ/thời gian.
Các phản ứng trong pha khí có thể sử dụng phương trình trạng thái khí lí tưởng để tìm ra sự
liên quan giữa tốc độ phản ứng và biến thiên áp suất riêng phần của các khí trong hỗn hợp
(khi ấy tốc độ của phản ứng có thể có thứ nguyên áp suất/thời gian).
2. ĐỊNH LUẬT TỐC ĐỘ VÀ BẬC PHẢN ỨNG
Biểu thức liên hệ tốc độ của một phản ứng hoá học với nồng độ của các chất tham gia phản
ứng gọi là định luật tốc độ của phản ứng hoá học. Khi A và B là các chất phản ứng, định luật
tốc độ có dạng:
v = k[A]x[B]y

(3)

trong đó k là hằng số tốc độ, x là bậc phản ứng riêng phần của chất A, y là bậc phản ứng
riêng phần của chất B và (x + y) là bậc toàn phần của phản ứng,. Biểu thức trên cũng còn
được gọi là định luật tác dụng khối lượng về tốc độ phản ứng.
6


Với các phản ứng đơn giản tức là các phản ứng chỉ diễn ra theo một giai đoạn (cũng thường
gọi là phản ứng sơ cấp), x và y trùng với hệ số tỉ lượng của chất phản ứng trong phương
trình phản ứng đã cân bằng.
Đối với các phản ứng phức tạp, diễn ra theo nhiều giai đoạn, bậc phản ứng x và y có thể
trùng hoặc khơng trùng với hệ số tỉ lượng. Vì thế, đối với các phản ứng phức tạp, không thể
dựa vào các hệ số tỉ lượng để đưa ra biểu thức của định luật tốc độ mà phải dựa vào thực
nghiệm.
Chẳng hạn như phản ứng oxi hóa NO bởi O2:
2NO +

O2  NO2

(4)

Thực nghiệm cho biết rằng tốc độ oxi hóa NO được diễn tả bằng biểu thức: v = k.[NO] 2.
[O2]. Như vậy, bậc phản ứng riêng phần của NO là 2, bậc phản ứng riêng phần của O 2 là 1,
trùng với các hệ số tỉ lượng.
Nhưng trong nhiều phản ứng phức tạp, các hệ số x, y không trùng với hệ số tỉ lượng. Chẳng
hạn như phản ứng khử NO bằng hydro:
2NO +

2H2  N2

+

2H2O

(5)

có biểu thức của định luật tốc độ thực nghiệm là v = k.[NO] 2[H2]. Như thế, bậc phản ứng
riêng phần của H2 chỉ là 1, trong khi hệ số tỉ lượng của nó trong phương trình phản ứng là 2.
Thậm chí, x và y có thể nhận các giá trị không phải là số nguyên hoặc bằng không. Chẳng
hạn như, với phản ứng clo hóa cloroform:
CHCl3(k)

+

Cl2(k)  CCl4(l) + HCl(k)

(6)

có định luật tốc độ diễn tả bằng biểu thức: v = k[CHCl3][Cl2]1/2.
Từ biểu thức định luật tác dụng khối lượng, ta dễ dàng tìm ra được thứ nguyên của hằng số
tốc độ phản ứng. Chẳng hạn như, tốc độ phản ứng phân hủy N2O5:
2N2O5  2NO2 + O2

(7)

được diễn tả bằng biểu thức: v = k[N 2O5]. Nếu v có thứ nguyên là mol.L -1.s-1 và [N2O5] có
thứ nguyên là mol.L -1 ta có thứ nguyên của k:

= s-1.

Nếu phản ứng là bậc 2, thứ nguyên của k là:

= mol-1.L.s-1.

Các ví dụ minh họa:

7


VD 1. Khi tốc độ phản ứng được biểu thị bằng mol.L 1.s1, thì hằng số tốc độ của một phản
ứng bậc 2 có đơn vị như thế nào?
Giải
Phản ứng bậc 2: v = k[A]2
 thứ nguyên của hằng số tốc độ phản ứng bậc 2:

= L.mol1.s1

Chú ý: thứ nguyên của tốc độ phản ứng thường là mol.L 1.s1. Đây là chìa khố đẻ giải các
bài liên quan đến thứ nguyên của hằng số tốc độ.
VD 2. Phản ứng giữa NO và H2 biểu diễn bởi phương trình sau:
2NO (k)

+

2H2 (k)  N2 (k) +

2H2O (k),

Tốc độ phản ứng liên hệ với nồng độ các chất tham gia phản ứng bởi biểu thức: v = k[NO] 2
[H2].
Đơn vị của hằng số tốc độ k là gì nếu thời gian là giây(s) và nồng độ là mol /L?

Giải
2NO (k)

+

2H2 (k)  N2 (k) +

2H2O (k)

v = k[NO]2 [H2]
Thứ nguyên của k:

= l2.mol2.s1

VD 3. Bậc toàn phần của một phản ứng là bao nhiêu khi thứ nguyên của hằng số tốc độ phản
ứng k là L.mol 1.s1?
Giải
v = k.[A]m  thứ nguyên [A]m = (mol.L-1)m = thứ nguyên
= mol2.l2 = (mol.L-1)2  phản ứng là bậc 2.
3. PHƯƠNG TRÌNH ĐỘNG HỌC, THỜI GIAN PHẢN ỨNG BÁN PHẦN VÀ XÁC ĐỊNH
BẬC PHẢN ỨNG
3.1. Phương trình động học và thời gian phản ứng bán phần.
a) Phản ứng bậc 0
Giả sử có phản ứng:
A  sản phẩm
là phản ứng bậc 0 đối với A.

8

Áp dụng định luật tác dụng khối lượng cho phản ứng bậc không và định nghĩa của tốc độ
phản ứng ta có:
v=

= k. [A]0 = k

Rút ra: d[A] = kdt

(8)

(8) được gọi là phương trình động học dạng vi phân của phản ứng bậc 0. Lấy tích phân (8) ta
có:
[A] = kt + C

(9)

với C là hằng số tích phân.
Khi t = 0 thì [A] = [A]0 = C. Thay C = [A]0 , thay vào (9) ta thu dược:
[A] = [A]0  kt

(10)

(10) được gọi là phương trình động học tích phân của phản ứng bậc 0.
Từ (10) rút ra rằng trong phản ứng bậc 0, nồng độ chất phản ứng giảm tuyến tính với thời
gian.
Thời gian cần thiết để nồng độ chất phản ứng còn lại một nửa so với ban đầu gọi là thời gian
phản ứng bán phần và kí hiệu là t1/2.
Từ (10) rút ra thời gian phản ứng bán phần của phản ứng bậc 0:

t1/2 =

.

Thời gian phản ứng bán phần của phản ứng bậc 0 tỉ lệ thuận với nồng độ đầu của chất
phản ứng.
b). Phản ứng bậc 1.
Khi phản ứng là bậc 1 đối với A, áp dụng định luật tác dụng khối lượng cho phản ứng bậc
không và định nghĩa của tốc độ phản ứng ta thu được phương trình động học dạng vi phân
của phản ứng bậc 1:
v=

= k[A]

(11)

Sự tích phân (11) cho:
[A] = [A]0.ekt

(12)

Như vậy, trong phản ứng bậc 1 nồng độ chất phản ứng giảm theo thời gian dưới dạng
hàm mũ.
Lấy logarit hai vế của (12) thu được:
ln[A] = ln[A]0 – kt

(13)
9


Trong phản ứng bậc 1, logarit nồng độ chất phản ứng giảm tuyến tính theo thời gian.

Khi [A] = [A]0/2, ta có:
t1/2 =

(14)

Thời gian phản ứng bán phần của phản ứng bậc 1 không phụ thuộc vào nồng độ đầu của
chất phản ứng
Đáng chú ý là quá trình phân rã phóng xạ cũng xảy ra theo quy luật động học bậc 1:
N = N0.e-kt
với N0 là số hạt nhân ban đầu của đồng vị phóng xạ (t=0), N là số hạt nhân của đồng vị
phóng xạ ban đầu cịn lại ở thời điểm t, k là hằng số tốc độ phân rã phóng xạ (thường kí hiệu
là ). Giá trị thời gian phản ứng bán phần t 1/2 thường gọi là chu kì bán rã. Đó là thời gian để
50% số hạt nhân ban đầu bị phân rã để tạo ra hạt nhân khác.
c). Phản ứng bậc 2.
Trong trường hợp tốc độ phản ứng chỉ phụ thuộc vào nồng độ chất A, phương trình động
học vi phân của phản ứng bậc 2 có dạng:
v=

= k[A]2

(13)

Sự tích phân phương trình (13) cho phương trình động học tích phân của phản ứng bậc 2:
(14)
(14) cho thấy rằng trong phản ứng bậc 2 sự phụ thuộc (1/[A]) = f(t) là tuyến tính.
Từ (14) đễ dàng rút ra:
t1/2 =

(15)

Thời gian phản ứng bán phần của phản ứng bậc 2 tỉ lệ nghịch với nồng độ đầu của chất
phản ứng.
Câu hỏi: Đồ thị nào dưới đây tương ứng với sự thay đổi nồng độ của chất phản ứng trong
một phản ứng bậc nhất?

10


4. ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN TỐC ĐỘ CỦA PHẢN ỨNG HỐ HỌC.
Để xảy ra phản ứng hóa học, các chất phản ứng cần phải tiếp xúc với nhau thông qua các
va chạm giữa các tiểu phân (nguyên tử, phân tử, ion) và tốc độ phản ứng tỉ lệ với số va chạm
trong một đơn vị thời gian. Tuy nhiên, không phải tất cả các va chạm đều dẫn tới phản ứng
hố học. Chỉ các va chạm có năng lượng dư cần thiết, so với năng lượng trung bình mới phá
vỡ được các liên kết trong các phân tử chất đầu dẫn đến hình thành các phân tử mới. Những
va chạm như thế gọi là va chạm có hiệu quả. Hiệu giữa năng lượng tối thiểu để các va chạm
là hiệu quả với năng lượng trung bình của hệ các chất phản ứng gọi là năng lượng hoạt động
hoá. Năng lượng hoạt động hố thường được kí hiệu là Ea và tính ra kJ/mol.
Có thể quan niệm năng lượng hoạt động hoá như một hàng rào năng lượng mà các phân tử
chất phản ứng phải đạt được khi va chạm để phản ứng có thể xẩy ra (hình 1). Hiệu giữa năng
lượng mà các phân tử đạt được khi xảy ra các va chạm có hiệu quả với năng lượng trung
bình của các phân tử ở trang thái đầu chính là chiều cao của hàng rào năng lượng gọi là năng
lượng hoạt động hoá của phản ứng thuận. Phản ứng nghịch xẩy ra khi có các va chạm hiệu
quả giữa các phân tử sản phẩm. Vì năng lượng trung bình của các phân tử chất đầu và năng
lượng trung bình của các phân tử sản phẩm là khác nhau nên năng lượng hoạt động hoá của
phản ứng thuận và phản ứng nghịch cũng khác nhau.
Từ hình 1 có thể thấy rằng hiệu giữa năng lượng hoạt động hoá của phản ứng nghịch và phản
ứng thuận bằng hiệu giữa năng lượng trung bình của các phân tử chất đầu và năng lượng
trung bình của các phân tử sản phẩm, tức là biến thiên năng lượng của phản ứng. Trong
trường hợp tổng quát, ở điều kiện nhiệt độ và áp suất không đổi, biến thiên năng lượng này
bằng biến thiên thế đẳng áp chuẩn G0 của phản ứng. Tuy nhiên, năng lượng dư mà các

phân tử đạt được trong các va chạm hoạt động được chuyển hoá từ năng lượng của chuyển
động nhiệt, tức là chủ yếu chỉ liên quan với biến thiên entanpi của phản ứng. Vì thế, người
ta thừa nhận mối quan hệ sau đây giữa năng lượng hoạt động hoá của phản ứng thuận (E at),
năng lượng hoạt động hoá phản ứng nghịch (Ean) và biến thiên entanpi của phản ứng (Hr):
11


Eat – Ean = Hr

(17)

Hình 1. Năng lượng hoạt động hoá của các phản ứng thuận và nghịch

Khi tăng nhiệt độ, động năng trung bình của các phân tử tăng lên, số va chạm có hiệu quả sẽ
tăng lên, tức là tốc độ phản ứng tăng lên. Ảnh hưởng của nhiệt độ (T) và năng lượng hoạt
động hoá (Ea) lên hằng số tốc độ phản ứng (k) được diễn tả bởi phương trình kinh nghiệm
Ahrenius:
k = A.e-Ea/RT

(18)

trong đó R là hằng số khí, A là thừa số trước hàm mũ, có cùng thứ ngun với k.
Khi Ea = 0, thì e-Ea/RT = 1 nên k = A. Giả định E a = 0 tương đương với giả định rằng tất cả các
va chạm đều dẫn tới phản ứng. Như thế A có thể coi là tần suất của các va chạm. Vì lẽ đó, A
cũng thường gọi là thừa số tần suất.
Từ phương trình Ahrenius rút ra:
lnk = lnA – Ea/RT

(19)

Dựa vào phương trình (2) có thể xây dựng đường thẳng thực nghiệm lnk = f(1/T) và thu
được hệ số góc là giá trị –Ea/R.
12


Từ (19) cũng rút ra một biểu thức cho phép xác định năng lượng hoạt động hoá khi biết hằng
số tốc độ ở hai nhiệt độ khác nhau:
(20)
Từ phương trình (18) rút ra rằng ở cùng nhiệt độ, k càng nhỏ khi năng lượng hoạt động hoá
càng lớn. Từ (19) cũng dễ thấy rằng Ea càng lớn thì độ dốc của đường thẳng lnk = f(1/T)
càng lớn, tức là k thay đổi càng mạnh khi nhiệt độ thay đổi.
5. Ảnh hưởng của chất xúc tác lên tốc độ phản ứng

(a)

(b)

Hình 2. Ảnh hưởng của chất xúc tác đối với năng lượng hoạt động hoá và biến thiên entanpi
của phản ứng.
Xúc tác là các chất không mất đi trong phản ứng hoá học nhưng làm thay đổi tốc độ của
phản ứng.
Người ta cho rằng các xúc tác làm giảm năng lượng hoạt động hố của phản ứng, vì thế làm
cho tốc độ phản ứng tăng lên.
Tác dụng làm giảm năng lượng hoạt động hố của xúc tác có thể giải thích bằng các cơ chế
sau:
- Chất xúc tác tương tác với các phân tử phản ứng, làm yếu các liên kết trong các phân tử
này, vì thế năng lượng dư cần thiết để các va chạm là hoạt động giảm đi, tức là năng lượng
hoạt động hố giảm đi (hình 2a).
- Chất xúc tác dẫn dắt phản ứng đi theo nhiều giai đoạn trung gian có năng lượng hoạt động
hố thấp hơn (hình 2b).

13


Cần chú ý rằng chất xúc tác làm giảm đồng thời với mức độ giống nhau năng lượng hoạt
động hoá của cả phản ứng thuận và phản ứng nghịch. Như vậy xúc tác khơng làm thay đổi
Hr, G0r và, vì thế, không ảnh hưởng đến hằng số cân bằng của phản ứng.

14


GIƠÍ THIỆU MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP ĐỘNG HĨA HỌC
1. Tính lượng sản phẩm tạo thành hoặc lượng chất phản ứng đã mất đi sau thời
gian t
2. Tìm biểu thức của định luật tốc độ
2.1.

Tìm định luật tốc độ dựa vào thực nghiệm đo tốc độ phản ứng

2.2.

Rút ra biểu thức của định luật tốc độ dựa vào một cơ chế được đề nghị

3. Đưa ra một cơ chế dựa trên định luật tốc độ thực nghiệm
4. Tính năng lượng hoạt động hóa và sự phụ thuộc nhiệt độ của hằng số tốc độ.
5. Tính hằng số tốc độ của các phản ứng phức tạp
1. Tính lượng sản phẩm tạo thành hoặc lượng chất phản ứng đã mất đi sau thời gian t
Các ví dụ minh họa:
VD 1. Trong nước chất độc DDT trong thuốc diệt côn trùng phân huỷ theo quy luật động
học bậc nhất với thời gian phản ứng bán phần là 10 năm. Phải mất bao nhiêu lâu để 99%

DDT phân huỷ trong nước khi một mẫu DDT được đưa vào môi trường?
Giải
Với phản ứng bậc 1 ta có:
m = m0. ekt  t =

ln

=

.ln

=

= 66,44 năm.

VD 2. Tại một nhiệt độ cho trước, một phản ứng bậc nhất có hằng số tốc độ là 3,33.10 3 s1.
Thời gian cần thiết cho phản ứng hoàn tất 75% là bao nhiêu?
Giải
Với phản ứng bậc nhất: t1/2 =

= 208,15 (s).

Sau một chu kì bán rã, t 1/2, phản ứng đi được 50% chặng đường do 50% lượng chất phản
ứng đã biến mất. Sau 1 khoảng 1/2 nữa, 25% lượng chất phản ứng biến mất nên sau khoảng
thời gian 21/2 = 416,3s phản ứng đi được 75% chặng đường.
2. Tìm biểu thức của định luật tốc độ
2.1.

Tìm định luật tốc độ dựa vào thực nghiệm đo tốc độ phản ứng

Để viết được tường minh biểu thức của định luật tác dụng khối lượng về tốc độ của một
phản ứng, cần xác định bậc riêng phần của từng chất tham gia phản ứng bằng thực
nghiệm.
15


Xét phản ứng ở dạng chung:
A + B  sản phẩm
có biểu thức của định luật tốc độ v = k[A] x[B]y. Dễ thấy rằng, nếu nồng độ đầu của B rất lớn
so với A, thì sự giảm nồng độ B trong q trình phản ứng là khơng đáng kể và có thể coi [B]
= [B]0 = hằng số. Khi ấy ta có:
v = k[A]x[B]y = k[A]x[B]y0 = k’[A]x,
với k’ = k[B]y0.
Như vậy tốc độ phản ứng chỉ còn phụ thuộc vào nồng độ của một chất A mà thôi và có thể
dựa vào thực nghiệm đo tốc độ phản ứng ở các điều kiện khác nhau để xác định bậc phản
ứng riêng phần của A.
Thủ pháp nói trên gọi là thủ pháp cô lập hay thủ pháp lượng dư, được dùng trong các
phương pháp xác định bậc phản ứng khác nhau.
Các phương pháp xác định bậc phản ứng đã được đề cập ở trên sẽ được tóm tắt lại dưới đây:
a). Phương pháp thời gian phản ứng bán phần.
Dựa vào sự phụ thuộc thời gian phản ứng bán phần vào nồng độ đầu có thể xác định được
bậc phản ứng đối với A:
 Thời gian phản ứng bán phần của A tỉ lệ thuận với nồng độ đầu của nó thì bậc phản ứng
riêng phần của A là 0.
 Thời gian bán phản ứng bán phần của A không phụ thuộc vào nồng độ đầu của nó thì bậc
phản ứng riêng phần của A là 1.
 Thời gian phản ứng bán phần tỉ lệ nghịch với nồng đầu của chất phản ứng thì bậc phản
ứng riêng phần của A là 2.
b). Phương pháp đồ thị tuyến tính
* Phản ứng là bậc 0 đối với chất A

Trong phản ứng bậc 0, nồng độ chất phản ứng giảm tuyến tính với thời gian.
[A] = [A]0  kt
Dựa vào các kết quả thực nghiệm, người ta xây dựng đồ thị biểu diễn tương quan hàm số
[A] = f(t), nếu thu được đường thẳng có hệ số góc âm thì phản ứng là bậc 0 đối với A.
 Phản ứng là bậc 1 đối với chất A
Trong phản ứng bậc 1, logarit nồng độ chất phản ứng giảm tuyến tính theo thời gian.
ln[A] = (k)t + ln[A]0
16


y

= ax +

b

Dựa vào các kết quả thực nghiệm, người ta xây dựng đồ thị biểu diễn tương quan hàm số
ln[A] = f(t), nếu thu được đường thẳng có hệ số góc âm thì phản ứng là bậc 1 đối với A.
 Phản ứng là bậc 2 đối với chất A
Trong phản ứng bậc 2 sự phụ thuộc (1/[A]) = f(t) là tuyến tính:
= k.t +
y

= a.x +

b

với a, b = const.

Dựa vào các kết quả thực nghiệm, người ta xây dựng đồ thị biểu diễn tương quan hàm số

1/[A] = f(t), nếu thu được một đường thẳng có hệ số góc dương thì phản ứng là bậc 1 đối với
A.
c) Phương pháp tốc độ đầu
Biểu thức v = k[A] x[B]y cho phép đưa ra một phương pháp phổ biến dùng để xác định bậc
phản ứng. Để xác định bậc riêng phần của một chất phản ứng nào đó người ta xác định biến
thiên tốc độ phản ứng khi thay đổi nồng độ đầu của chất đã cho, đồng thời cố định nồng độ
đầu của các chất phản ứng khác và các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng. Chẳng hạn,
tăng nồng độ A lên 2 lần và giữ nguyên nồng độ của B ta có:
v’ = k.(2[A])x.[B]y = k. 2x[A]x[B]y = 2x.v.
Nếu tốc độ phản ứng tăng lên 2 lần, tức là v’ = 2v ta có: 2x = 2  x = 1.
Nếu tốc độ phản ứng tăng lên 4 lần, tức là v’ = 4v ta có: 2x = 4  x = 2.
Nếu tốc độ phản ứng không thay đổi, tức là v’ = v ta có: 2x = 1  x = 0.
Việc xác định bậc riêng phần của B cũng diễn ra theo cách tương tự.
Các bài tập minh họa
Bài tập 1. Kết quả nghiên cứu động học của phản ứng:
3I (dd)

+

S2O82 (dd) 

I3 (dd) +

2SO42 (dd)

được cho trong bảng dưới đây:
[I], M

[S2O82], M

0,001

0,001

1

0,002

0,001

2

0,002

0,002

4

Tốc độ (tương đối) của phản ứng

Viết biểu thức liên hệ tốc độ phản ứng với nồng độ các chất tham gia phản ứng.
17


Giải
3I (dd)

+

S2O82 (dd) 

I3 (dd) +

2SO42 (dd)

Kết quả nghiên cứu động học phản ứng cho trong bảng:
[I], M

[S2O82], M

Tốc độ phản ứng tương đối

0,001

0,001

1

0,002

0,001

2

0,002

0,002

4

Theo định luật tác dụng khối lượng: v = k[I]a[S2O82]b
v1 = k(0,001)a.(0,001)b
v2 = k(0,002)a.(0,001)b
v3 = k(0,002)a.(0,002)b
Ta cã:
= 2  a = 1.
= 4  b = 1.
 biểu thức định luật tốc độ phản ứng: v = k[I].[S2O82]
Bài tập 2. Sử dụng giá trị thực nghiệm trong bảng dưới đây để xác định biểu thức liên hệ tốc
độ phản ứng với nồng độ các chất tham gia phản ứng:
I2
[HI]M

[C2H5I]M

v (mol.l-1.s-1)

0,010

0,010

1,2.10-5

0,010

0,020

2,4.10-5

0,020

0,020

4,8.10-5

Giải
HI

+

C2H5I

 C2H6

+

I2

[HI]M

[C2H5I]M

v (mol.l-1.s-1)

0,010

0,010

1,2.10-5

0,010

0,020

2,4.10-5

0,020

0,020

4,8.10-5

Theo định luật tác dụng khối lượng: v = k.[C2H5I]a [HI]b.
18

HI

+

C 2H5I



C2H6

+


v1 = k.(0,010)a.(0,010)b = 1,2.10-5
v2 = k.(0,010)a.(0,020)b = 2,4.10-5

v3 = k.(0,020)a.(0,020)b = 4,8.10-5
Từ 1 và 2  b = 1
Từ 2 và 3  a = 1.
Biểu thức định luật tốc độ phản ứng: v = k.[C2H5I].[HI].
Bài tập 3. Sử dụng dữ liệu thực nghiệm trong bảng dưới đây để xác định biểu thức liên hệ
tốc độ phản ứng với nồng độ các chất tham gia phản ứng:
A

+

B



AB

[A]M

[B]M

0,100

0,100

2,0.10-4

0,200

0,100

2,0.10-4

0,300

0,300

1,8.10-3

Giải
A

+

B



AB

Biểu thức định luật tốc độ phản ứng: v =k.[A]a.[B]b
Ta có:
v1 = k.(0,100)a.(0,100)b = 2,0.10-4
v2 = k.(0,200)a.(0,100)b = 2,0.10-4
v3 = k.(0,300)a.(0,300)b = 1,8.10-3
Chia v2 cho v1 ta thu được: 2a = 1  a = 0.
Chia v3 cho v1 ta thu được: 3a.3b = 9  b = 2.
Biểu thức định luật tốc độ phản ứng: v =k.[B]2.
Bài tập 5. Propanon phản ứng với iot trong mơi trường axit theo phương trình:
CH3 CO  CH3

+

I2

CH3 CO  CH2I

+

HI

Các giá trị thực nghiệm thu được khi nghiên cứu đông học của phản ứng được cho trong
bảng dưới đây:
[CH3COCH3],M

[I2],M

[H+],M

0,010

0,010

0,010

1

0,020

0,010

0,010

2

19

Tốc độ phản ứng


0,020

0,020

0,020

0,010

0,010

2

0,020

4

Viết biểu thức liên hệ tốc độ phản ứng với nồng độ các chất có mặt trong phương trình phản
ứng.
Giải
CH3 CO  CH3
[CH3COCH3],M

+

I2



CH3 CO  CH2I

+

HI

[I2],M

[H+],M

Tốc độ phản ứng

0,010

0,010

0,010

1

0,020

0,010

0,010

2

0,020

0,020

0,010

2

0,020

0,010

0,020

4

 Khi tăng nồng độ axeton lên gấp đôi tốc độ phản ứng tăng gấp đôi  phản ứng là bậc I với
axeton.
 Tăng nồng độ axeton lên 2 lần đồng thời nồng độ I 2 cũng tăng lên hai lần so với TN1 thì
tốc độ phản ứng cũng chỉ tăng hai lần  phản ứng là bậc 0 với I2.
 Tăng nồng độ axeton lên 2 lần đồng thời nồng độ H + cũng tăng lên hai lần so với TN1 thì
tốc độ phản ứng tăng 4 lần  phản ứng là bậc 1 với H+.
 phương trình vận tốc phản ứng. v = k.[CH3COCH3].[H+].
Bài tập 6. Tốc độ phản ứng giữa KMnO4 và H2C2O4 có thể được xác định qua sự thay đổi
màu của dung dịch do biến thiên nồng độ của ion MnO 4 . Khi tiến hành phản ứng ở nhiệt độ

không đổi 250C, người ta thu được các số liệu sau:
Thí nghiệm

[MnO4], M

[H2C2O4], M

Tốc độ biến mất của MnO4, M.s1

1

1,08 . 102

1,98

5,4 . 105

2

1,08 . 102

3,97

1,1 . 104

3

2,17 . 102

1,98

2,1 . 104

Xác định bậc phản ứng riêng phần của MnO4 và H2C2O4.
Giải
Dựa vào thí nghiệm 1,2: giữ nguyên nồng độ MnO 4 , tăng nồng độ H2C2O4 lên gấp đơi thì
tốc độ phản ứng tăng lên gấp đôi nên phản ứng là bậc nhất với H2C2O4.
Dựa vào thí nghiệm 2,3: giữ nguyên nồng độ H 2C2O4, gấp đơi nồng độ ion MnO 4 thì tốc độ
phản ứng tăng gấp bốn nên phản ứng là bậc 2 với MnO4.
20